Оптический метод детектирования подвижных магнитных объектов
Новые возможности использование феррофлюидных ячеек для создания различных датчиков. Влияние различных факторов на однородность структуры силовых линий магнитного поля. Исследование особенностей, связанных с геометрическим расположением плоскости.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.04.2019 |
| Размер файла | 174,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оптический метод детектирования подвижных магнитных объектов
С.Э. Логунов
Высшая школа прикладной физики и космических технологий, Санкт-Петербург, Россия
Аннотация
Рассмотрена новая конструкция квантового датчика на основе феррофлюидной ячейки для детектирования магнитного поля, создаваемого перемещением магнитного объекта. Представлены результаты экспериментальных исследований.
Ключевые слова: феррофлюидная ячейка, магнитное поле, дифракционная картина.
Abstract
A new construction of a quantum sensor based on a ferrofluid cell is considered for detecting a magnetic field created by the displacement of a magnetic object. The results of experimental studies are presented.
Keywords: ferrofluid cell, magnetic field, diffraction pattern.
Введение
Одной из задач прикладной физики является разработка приборов и устройств для контроля параметров магнитного поля в различных условиях (географических, сейсмологических и т.д.) с целью обнаружения различных магнитных объектов [1, 2]. Данные объекты могут находится как в стационарном, так и подвижном состоянии. Для решения этой задачи разработаны различные типы: магнитометров и датчиков [1-5]. Наибольшей универсальностью, а также наилучшими показателями по точности измерения и чувствительности среди всех типов магнитометров и датчиков для контроля параметров магнитного поля обладают квантовые устройства.
Квантовый датчик и методика измерения
феррофлюидный датчик ячейка магнитный
Но предъявляемые в настоящее время достаточно жесткие требования к данным устройствам (сложность их обнаружения, высокая помехоустойчивость, автономность), а также высокая степень надежности с точки зрения идентификации положения самого объекта в заданной зоне (например, при решении задач охраны или ликвидации несанкционированного вторжения) требует поиска новых решений поставленной задачи, так как существующие устройства не удовлетворяют перечисленным выше требованиям.
В работах [3-5] рассмотрена новая конструкция квантового визуализатора. Её использование позволяет исследовать структуру силовых линий магнитного поля, определять однородность поля в различных магнитных системах и т.д. Кроме того, проведенные нами исследования с использованием разработанного визуализатора позволили установить степень влияния различных факторов на однородность структуры силовых линий магнитного поля. Полученные результаты показали новые возможности использование феррофлюидных ячеек для создания различных датчиков, позволяющих получить решения крайне актуальных задач. Одной из которых является детектирование движения больших магнитных объектов в сложных условиях (например, морские акватории и т.д.) с помощью пассивных автономных датчиков.
В работе рассматривается один из возможных вариантов создания квантовых датчиков на основе феррофлюиднызх ячеек. Проведенные ранее исследования позволили установить, что в случае размещения феррофлюидной ячейки в магнитном поле наночастицы ферромагнитной жидкости располагаются на силовых линиях магнитного поля. Для лазерного излучения, падающего на прозрачные грани феррофлюидной ячейки, данная конфигурация наночастиц представляет собой подобие дифракционной решетки. Период данной решетки определяется расстоянием между силовыми линиями магнитного поля [4, 5]. Если феррофлюидная ячейка расположена в слабом однородном магнитном поле (например, с индукцией В0 = 0.214 мТл при неоднородности 10-5 см-1), которая создается специальным соленоидом, то дифракционная картина от прошедшего через неё лазерного излучения, регистрируемая на фотодиодной линейке относительно центрального максимума носит симметричный характер (рис. 1.а). В случае движения рядом с соленоидом постоянного магнита с индукцией Вм (имитация движения магнитного объекта) происходит смещение положения центрального максимума, изменяется форма максимумов в дифракционной картине, нарушается её симметричность относительно положения центрального максимума d0 на фотодиодной линейке. На рис. 1.b в качестве примера представлено распределение интенсивности I, регистрируемого лазерного излучения, прошедшего через феррофлюидную ячейку, в один из моментов времени, когда рядом с ней перемещается магнитный объект (постоянный магнит).
(a) (b)
Рис. 1 Зависимость интенсивности I от расстояния между силовыми линиями магнитного поля: a) - в однородном поле В0; b) в соленоиде дополнительно присутствует изменяющеся по амплитуде магнитное поле Вм от подвижного объекта
Проведенные исследования показали, что изменение положения и амплитуды максимумов в регистрируемой дифракционной картине (рис. 1.b) зависит от траектории движения магнитного объекта относительно положения феррофлюидной ячейки в соленоиде, от скорости его движения и величины Вм. Кроме того, был установлен ряд особенностей, связанных с геометрическим расположением плоскости, в которой регистрируется дифракционное изображение в квантовом датчике, относительно направления силовых линий магнитного поля подвижного объекта, а также размером и типом наночастиц в ферромагнитной жидкости, из которой изготовлена ячейка.
Заключение
Полученные результаты показывают возможность определения наличия магнитного объекта в зоне размещения данного датчика по существенным изменениям в дифракционной картине, регистрируемой на фотодиодной линейке.
Литература
1. Заико А.И., Воробьев А.В., Иванова Г.А., Шарикова Г.Р. Магнитометрическая измерительная система параметров геомагнитного поля. // Измерительная техника, 2016, № 5. С. 57 - 60.
2. Хвалин А.Л. Векторный магнитометр слабых магнитных полей. // Измерительная техника, 2014, № 10. С. 45 - 48.
3. Игнатьев В.К., Перченко С.В. Трехканальная цифровой магнитометр. // Измерительная техника, 2013, № 6. С. 117 - 118.
4. Logunov S.E., Koshkin A.Yu., Davydov V.V., Petrov A.A. Visualizer of magnetic fields. Journal of Physics: Conference Series. 2016. Vol. 741 (1). Р. 012092.
5. Sapunov V.A., Denisov A.Y., Saveliev D.V., Soloviev A.A., Khomutov S.Y., Borodin P.B., Narkhov E.D., Sergeev A.V., Shirokov A.N, New vector/scalar Overhauser DNP magnetometers POS-4 for magnetic observatories and directional oil drilling support, Magnetic Resonance in Solids. Electronic Journal, Vol. 18, No 2, P.16209, 2016
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Магнитное поле Земли и его характеристики. Понятие геомагнитных возмущений и их краткая характеристика. Механизм возмущения магнитного поля Земли. Влияние ядерных взрывов на магнитное поле. Механизм влияния различных факторов на геомагнитное поле Земли.
контрольная работа [30,6 K], добавлен 07.12.2011Определение наличия и направления магнитного поля метки. Создание постоянного магнитного поля, компенсирующего действие постоянных внешних магнитных полей. Принципиальная схема зарядно-разрядного узла устройства. Определение разряда накопительной емкости.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015Исследование сущности магнитного поля, которое создаётся движущимися электрическими зарядами. Особенности магнитных линий - очертаний, образовавшиеся под воздействием магнитных сил. Признаки магнитной индукции - величины характеризующей магнитное поле.
презентация [786,7 K], добавлен 13.06.2010Геомагнитное поле земли. Причины возникновения магнитных аномалий. Направление вектора напряженности земли. Техногенные и антропогенные поля. Распределение магнитного поля вблизи воздушных ЛЭП. Влияние магнитных полей на растительный и животный мир.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 19.09.2012Поворот плоскости поляризации света под действием магнитного поля. Характеристики оптических циркуляторов. Коэффициент отражения, использование эффекта Фарадея. Использование двулучепреломляющих элементов из кристалла рутила в качестве поляризаторов.
доклад [417,8 K], добавлен 13.07.2014Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.
курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных. Суть явления электронного парамагнитного резонанса. Исследования с помощью ЭПР металлсодержащих белков. Метод ядерного магнитного резонанса. Применение ЯМР в медицине.
реферат [28,2 K], добавлен 29.04.2013Эквивалентность движения проводника с током в магнитном поле. Закон Фарадея. Угловая скорость вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре. Фактор "вмороженности" магнитных силовых линий в соответствующие домены ферромагнетика ротора, статора.
доклад [15,5 K], добавлен 23.07.2015История открытия магнитного поля. Источники магнитного поля, понятие вектора магнитной индукции. Правило левой руки как метод определения направления силы Ампера. Межпланетное магнитное поле, магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на ток.
презентация [3,9 M], добавлен 22.04.2010Регулирование скорости тягового электродвигателя при изменении магнитного поля. Пересчет характеристик при изменении магнитного поля и смешанном возбуждении. Особенности магнитного потока при шунтировании сопротивления и изменением числа витков обмотки.
презентация [321,9 K], добавлен 14.08.2013Магнитное поле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Магнитные свойства веществ. Условия создания и проявление магнитного поля. Закон Ампера и единицы измерения магнитного поля.
презентация [293,1 K], добавлен 16.11.2011Проявления магнитного поля, параметры, его характеризующие. Особенности ферромагнитных (магнитомягких и магнитотвердых) материалов. Законы Кирхгофа и Ома для магнитных цепей постоянного тока, принцип их расчета, их аналогия с электрическими цепями.
контрольная работа [122,4 K], добавлен 10.10.2010Природа и характеристики магнитного поля. Магнитные свойства различных веществ и источники магнитного поля. Устройство электромагнитов, их классификация, применение и примеры использования. Соленоид и его применение. Расчет намагничивающего устройства.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 17.01.2011Изучение геофизических и магнитных полей Земли, влияние их на атмосферу и биосферу. Теория гидромагнитного динамо. Причины изменения магнитного поля, исследование его с помощью археомагнитного метода. Передвижение и видоизменение магнитосферы планеты.
реферат [19,4 K], добавлен 03.12.2013Двойное лучепреломление под влиянием внешних воздействий: механических деформациях тел, электрического поля (эффект Керра), магнитного поля (явление Коттон-Мутона). Явление вращения плоскости поляризации в теории Френеля, сущность эффекта Фарадея.
реферат [39,9 K], добавлен 17.04.2013Исследование особенностей деформации микрокапель прямых и обратных эмульсий в магнитных и электрических полях. Изучение указанных явлений с помощью экспериментальной установки (катушек Гельмгольца), создавая переменные и постоянные магнитные поля.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 26.08.2009Магнитные поля и химический состав звёзд (гелиевых, Si- и Am–звёзд, SrCrEu-звёзд). Магнитные поля звёзд-гигантов, "белых карликов" и нейтронных звёзд. Положения теории реликтового происхождения поля и теории динамо-механизма генерации магнитного поля.
курсовая работа [465,3 K], добавлен 05.04.2016Общая характеристика технологий, конструктивных особенностей, принципов работы и практического применения волоконно-оптических датчиков. Описание многомодовых датчиков поляризации. Классификация датчиков: датчики интенсивности, температуры, вращения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.06.2012Математический метод планирования экспериментов. Матрица планирования, расчет дисперсий и их однородностей. Адекватность модели и переход от кодовых обозначений факторов к натуральным обозначениям. Причины несоответствия структуры уравнения и уравнения.
курсовая работа [328,6 K], добавлен 09.05.2013Анализ источников магнитного поля, основные методы его расчета. Связь основных величин, характеризующих магнитное поле. Интегральная и дифференциальная формы закона полного тока. Принцип непрерывности магнитного потока. Алгоритм расчёта поля катушки.
дипломная работа [168,7 K], добавлен 18.07.2012
